第1章 經典遺傳學家的探索

　　俗語「種瓜得瓜，種豆得豆」，說的就是遺傳學現象。但真正將這種現象上升到迄今人們能夠接受的理論高度，並深化至遺傳原理，應追溯到19世紀中葉，生物學界發生的一系列事件，例如顯微鏡的發明、細胞學說的日臻完善、進化論的提出、大機能團的化學分析、發酵的研究、主要有機化合物的全合成等。當時連同這些不朽貢獻一起出現的，還有已確定下來的一些概念、方法與研究材料。這意味著生物學進入了一個重大轉變期。

　　孟德爾（Gregor Johann Mendel）的豌豆雜交實驗是19世紀生物學界一系列事件中極其重要的一項。孟德爾1822年生於奧地利西利西亞（Silesia），今屬捷克共和國，原是一位貧窮老農的獨生子。老農含辛茹苦地工作，能養活他的兒子已實屬不易，但拿錢供他上學，尤其是上大學卻是困難重重、力不從心。孟德爾大學念了一半，不得已棄學謀生，成為摩拉維（Moravie）小鎮修道院的一名見習修道士。4年後，他成為一名名副其實的修道士，道號是格利高爾．孟德爾（Gregor Mendel）。還有一種說法是，孟德爾想找一個便於思考的幽靜環境，並且有足夠時間做田間實驗才當修道士，他是甘願做一個「隱居僧侶」的。

　　他所處的那個時代，在生物遺傳研究上有兩大方面的進展，即園藝學的經驗知識和生物學的理論知識。但孟德爾關注的是演化，他自幼看著父親整天在田間忙著栽培、雜交、嫁接等農事，這令他不由思考一個問題：物種是如何形成的。直至他當了修道士，仍對演化非常好奇。他所在的修道院地處產糧區，又多虧修道院院長是一位熱心農業研究的人，對孟德爾從事豌豆雜交實驗多有支持，使得他在傳教之餘有了足夠的空閒時間做實驗。他在修道院內在7公尺×35公尺的一小塊土地上栽種了37個品種，共2.7萬株植物，並用它們來進行植物栽培、雜交、嫁接實驗。

　　令他驚訝不已的是，嫁接後的植株，活力總是高於原先的母植株。究竟是為什麼呢？這引起了年輕修道士的興趣。他進行雜交實驗不是為獲得更多的雜種，而是想一步步追蹤子代的特徵、習性。因大學時代曾經受過名師物理學家與數學家都卜勒（Doppler E.J.）的教導，他能用學到的數學方法對實驗結果進行統計分析。他的研究風格與眾不同，主要有以下三個特點：

　　一是觀察實驗結果及選擇合適的研究材料的方式；

　　二是引進非連續性和使用大族群，這樣便能用數字表示實驗結果，更重要的是，這樣還可以將這些數字做某種數學分析；

　　三是用一種簡單的符號標示法，使實驗結果和處理後的理論數據進行連續多次的比照成為可能。

　　孟德爾選擇豌豆這種作物作為人工育種研究的材料，有多方面理由。例如，豌豆的性狀能保持一定的穩定性，其純種在嚴格條件下能保持數年不變，且容易識別。豌豆生長期短，雜種容易繁殖後代。最主要的是豌豆雜交人工致育實驗，成功率幾乎是100％。不僅如此，他還選擇了那些彼此間性狀有所不同的雜交品種，因為作為實驗研究材料的豌豆植株性狀要易於觀察識別。其雜交品種彼此間有所不同，不是所有特徵均不同，而是在有限的幾個特徵上顯示有差異，因而這個雜交品種只保留諸如種子形狀、豆莢形狀或顏色等有明顯辨別性狀的特徵。分析雜交實驗結果時，應從一開始就避開那種不可克服的複雜性，捨棄細節，僅分析少數幾種特徵或性狀。這就需要具備兩個條件：第一，實驗系統要大到足以允許忽略個體、只關注群體；第二，不僅追蹤、觀察這對雜交植株子代性狀的習性，而且還要追蹤、觀察全部後繼子代性狀的習性。

　　孟德爾不僅發現了顯性法則以及單一性單位性狀，而且還發現了分離法則――由每個親代提供的這些單位――即個別的性狀――都以一種準確的比率分配到後代的生殖細胞中，而且互不影響。豆莢的顏色、莖的高與矮等，彼此互不干擾，都作為單個性狀或單位傳遞下去。他從1856年起，歷時7年的艱辛勞作，積累了大量實驗資料、數據，終於於1866年在《布隆博物學會會刊》（Proceedings of the Natural History Society of Brunn）上發表了論文。該論文是現代科學文化寶庫中的傑作之一，該論文表明了一個簡單的道理：有其父不一定有其子，兩頭黑毛動物雜交，並非總是生出黑毛後代。他概括出來的著名分離定律和自由組合定律，不僅適用於動植物，也適用於人類自身，至今仍為人們解釋遺傳現象的基本概念。

　　孟德爾的論文清楚地說明了他育種實驗的目的，簡單地介紹了實驗中的有關數據，並且謹慎地試著用數學公式來表示實驗結果。在這篇論文發表的那個時代，雖然經濟發展需要有這樣一種理論問世，但是遺憾的是，孟德爾的重大發現竟然被長期埋沒，因為當時沒有人對這個修道士的「癖好」感興趣。直到1900年，孟德爾的發現才被柏林的科倫斯（Carl Erich Correns）、阿姆斯特丹的德弗里斯（Hugo Marie de Vries）和維也納的切爾馬克（Erich von Tschermak）三位同時獨立地重新發現，這實在是一個令人困惑的謎團。然而誰也沒有想到孟德爾的發現竟然成為20世紀一門全新科學的指導原則。這個問題對科學思想史基本理論研究很重要，值得深入細緻地探討。

1.1.1 孟德爾的功績

　　孟德爾所處的那個時代，不僅沒有發現染色體，而且關於細胞學的知識也十分匱乏，德國科學家魏斯曼（A. Weismann ）關於「種質」的學說還沒有問世，在西元1865至1900年期間更談不上有什麼創新性見解問世。在這種情況下，孟德爾創立了觀察遺傳現象的新方法，強調單位性狀的遺傳行為，並以非凡的洞察力，總結出生物遺傳的一般規律。在生物學研究歷史中，孟德爾是第一個將有機體遺傳性狀視為組成活體生命的部分實體的人，他指出它們可以在活體生命之間互相單獨傳遞。換句話說，他在人類歷史上，率先將活體生命當作一種具有獨立遺傳性狀的、能延續千萬年的、精雕細刻的「鑲嵌物」。從此觀點看，孟德爾1866年那篇不朽論文中所列的數學式（AA+2Aa+aa），不僅在理論上能計算出不同類型子代比率，而且在知識論上還具有重要意義。支撐這一觀點的是，每個具有不同性狀的物種皆能獨立傳遞自身的遺傳性狀。

　　孟德爾並不滿足於用這種嚴密數學概念來支撐他的假設，他還借助統計學考查建立了一個數學模型，也就是說，在大到足以剔除樣品誤差的實驗系統中，計算後代每種類型出現的頻率。此種學說演繹方法，結合了理論上的數學模型與建立在統計學基礎上的實際考查。他在那個時代是極其偉大，而且也是無人能比的，可以認為，孟德爾是將統計學運用於生物學研究的鼻祖。

　　荷蘭畫家梵谷創作的名畫《向日葵》舉世聞名，但該畫曾受到後人的質疑，他們認為這是「一個精神失常的印象派畫家在創作時的誇張想像」，是「一段不可信的囈語」。因為他畫的向日葵有兩圈花瓣，而我們通常見到的只有一圈。此外，他畫的向日葵有的甚至都沒有典型的大圓盤樣頭狀花序，反倒是金色的舌狀花瓣，又密又長，像點燃的禮砲一樣蓬勃欲放。在解釋這幅畫時，孟德爾的遺傳學方法又能派上用場了。植物學家伯克（J. Burke）將一株普通野生型向日葵和雙重花瓣突變株雜交，並對市售的向日葵基因進行測定，結果顯示，梵谷畫中的向日葵受到一種單一顯性基因HaCYC2c的影響，證明它是基因突變的產物，而並非臆想的產物。科學家們尋遍了向日葵種系譜內各大成員，將受過基因HaCYC2c影響的各個子代一一繪製出，形成一份完整的系譜圖，證明獲得的基因突變品種正是梵谷在19世紀看到的那種向日葵。

　　孟德爾設計出的數字歸納法和基礎統計分析法無疑對族群分析十分有用，也十分必須。由此可知，他關於族群、演化等科學觀點雖說皆源於生物學，但所採用的大多數方法卻都源於物理學。據他的一位老師稱，孟德爾在維也納大學讀書期間，他的物理學成績優於生物學成績。

第1章 經典遺傳學家的探索

　　俗語「種瓜得瓜，種豆得豆」，說的就是遺傳學現象。但真正將這種現象上升到迄今人們能夠接受的理論高度，並深化至遺傳原理，應追溯到19世紀中葉，生物學界發生的一系列事件，例如顯微鏡的發明、細胞學說的日臻完善、進化論的提出、大機能團的化學分析、發酵的研究、主要有機化合物的全合成等。當時連同這些不朽貢獻一起出現的，還有已確定下來的一些概念、方法與研究材料。這意味著生物學進入了一個重大轉變期。

　　孟德爾（Gregor Johann Mendel）的豌豆雜交實驗是19世紀生物學界一系列事件中極其重要的...

前言

　　以往人們多注重科學的發展史，但很少有人注重科學的發現史，關注DNA分子從0到1發現的人，更是少之又少。本書沿著DNA的發現路線，緊扣研究材料的選擇和DNA研究的世界科學中心轉移這兩條主線，以時間順序為經，以人、事、資料、技術等學科發展的自然進程為緯，層層鋪展DNA從0到1的發現歷程。

　　本書全面性介紹了一幕幕生動的歷史場景。這段歷史從奧地利摩拉維小鎮的孟德爾1866年豌豆雜交實驗開始，一路提及美國加州的摩根1901年果蠅雜交實驗、瑞士巴塞爾的米歇爾1869年發現了核素――即現今我們知道的核蛋白――再到德國柏林的德爾布呂克等1935年發表的著名的綠皮書《關於基因突變和基因結構的性質》，形成「基因突變的原子-物理模型」，又稱「基因的量子力學模型」。二戰中，德爾布呂克到美國紐約長島組建「噬菌體研究組」，此時另一位奧地利人薛丁格輾轉到了愛爾蘭都柏林。1944年，他受德爾布呂克的「靶理論模型」影響，寫了《生命是什麼？》。也就是這一年，探索生命本質——DNA的路線圖再次折回美國紐約，埃弗里透過細菌轉化實驗發現，DNA才是遺傳訊息的載體；1951年華生因借道哥本哈根被派至英國劍橋大學，這時DNA研究的世界科學中心才真正轉到了英國。

　　1953年，DNA雙螺旋立體結構模型終於誕生。這個英國開花、美國結果的科學史故事，有著和青黴素的發現一樣令人眼花繚亂的景象。20年後，即1973年，重組DNA技術實驗成功，即遺傳工程面世；25年後，1978年定點突變技術實驗成功，即蛋白質工程面世。目前醣工程研究正方興未艾。埃弗里發現DNA是遺傳訊息的載體，由他引領的現代生物工程學和人類基因組計劃，有著廣闊的發展前景。就短期利益，僅從人類基因組計畫到精準醫學這部分，就2011年公布的數字，已為美國創造了1萬億美元的經濟效益。更重要的是，這數字還會成長。長遠來看，1公克重的DNA相當於250萬張光碟所承載的資訊量，未來有可能被用來研製某種「生物鑰匙」或「分子日曆」。

　　本書所述時間跨度大――從1866年到近幾年――也非敘述一人一事，而是一個新學科誕生的全過程，涉及眾多的人、事、資料、技術等，屬於「大科學史」或科學思想演進史範疇的普及知識讀物。書中穿插人文知識，以期做到理中有文、文中有理，文理交融、相映生輝。

　　整體來說，科學發展是直線上升的，但這上升的直線是由眾多具體的探索性研究曲線編織而成。本書向讀者展示的發現DNA分子的彎彎曲曲路線圖，其實只是一個粗線條、不成熟、不完善的路線圖。加之本書涉及學科門類多，作者水準有限，出現謬誤乃至外行話在所難免，殷切期望讀者批評指正。更希望能因此激起更有才之士，將本書所列的多位成功或「失敗」人士背後的故事一一整理出來，想必如此，將迎來更廣泛的讀者群，這也是本書作者最大的心願。

前言

　　以往人們多注重科學的發展史，但很少有人注重科學的發現史，關注DNA分子從0到1發現的人，更是少之又少。本書沿著DNA的發現路線，緊扣研究材料的選擇和DNA研究的世界科學中心轉移這兩條主線，以時間順序為經，以人、事、資料、技術等學科發展的自然進程為緯，層層鋪展DNA從0到1的發現歷程。

　　本書全面性介紹了一幕幕生動的歷史場景。這段歷史從奧地利摩拉維小鎮的孟德爾1866年豌豆雜交實驗開始，一路提及美國加州的摩根1901年果蠅雜交實驗、瑞士巴塞爾的米歇爾1869年發現了核素――即現今我們知道的核蛋白――再到德國柏林的德爾...

前言

第01章　經典遺傳學家的探索
　　1.1　孟德爾和他的豌豆雜交實驗
　　1.2　摩根和他的基因學說

第02章　米歇爾的核素研究及其對化學遺傳論的思考
　　2.1　米歇爾其人其事
　　2.2　米歇爾的核素研究
　　2.3　米歇爾的失誤
　　2.4　後米歇爾時代—核酸的化學性質研究
　　2.5　米歇爾對化學遺傳論的思考

第03章　醫學微生物學和細菌轉化實驗
　　3.1　格里菲斯的事跡
　　3.2　埃弗里和他的細菌遺傳轉化實驗
　　3.3　DNA的發現和埃弗里的審慎
　　3.4　諾貝爾獎的「雙重標準」和永久性「遺憾」
　　3.5　生長點是在舉步維艱中萌發的
　　3.6　埃弗里的影響力和查加夫的巨大功績

第04章　德爾布呂克和噬菌體研究組
　　4.1　波耳互補原理的影響力和德爾布呂克的事跡
　　4.2　科際整合的雛形
　　4.3　如何選擇遺傳研究材料
　　4.4　微生物步入現代研究舞臺的歷程
　　4.5　從噬菌體研究組看到科學發展普通動力學要素
　　4.6　德爾布呂克對分子生物學的影響

第05章　薛丁格和他的《生命是什麼？》
　　5.1　薛丁格凡人逸事
　　5.2　從物理學層面討論「生命是什麼？」
　　5.3　幾個有待商榷的問題
　　5.4　薛丁格對生物學的巨大貢獻

第06章　DNA雙螺旋立體結構模型的建立
　　6.1　威爾金斯的DNA圖（A型）和他的「煩惱」
　　6.2　富蘭克林的DNA圖（B型）和她的不朽功績
　　6.3　遺傳學家走進了物理學實驗室—華生的智慧和戲劇般成就
　　6.4　克里克其人其事
　　6.5　歡笑聲的背後
　　6.6　漫談DNA分子的遺傳密碼
　　6.7　人類基因組計畫
　　6.8　芻議天才與基因
　　6.9　發現DNA分子結構的多種途徑

第07章　生物學文獻史的一大失誤和半普及刊物的作用
　　7.1　背景
　　7.2　生物學文獻史中的一大失誤
　　7.3　怎樣發表科學論文
　　7.4　半普及學術刊物的作用
　　7.5　科技情報爆炸期
　　7.6　資訊科學是「現代化」標誌之一

第08章　生物學與物理學的關係
　　8.1　物理學家眼中的生物學
　　8.2　X射線晶體繞射技術的起源和發展
　　8.3　物理學家向生物學轉移
　　8.4　物理學單行道跨入生物學和生物學巨大的包容性
　　8.5　物理學、數學以其優勢支配科學數百年，如今受到質疑
　　8.6　具有科際整合的現代生物學

第09章　結構論和資訊理論分子生物學的三次會合
　　9.1　結構論和資訊理論分子生物學
　　9.2　第一次會合促成DNA雙股螺旋立體模型建立—遺傳工程誕生
　　9.3　第二次會合催生出了蛋白質工程
　　9.4　第三次會合促成醣工程的研發
　　9.5　分化、綜合、再分化、再綜合，是科學發展進程的歷史必然
　　9.6　分子生物學的發展前景

第10章　有待思考的幾個方法論問題
　　10.1　不同學科背景的合作範例
　　10.2　模型的直觀效應
　　10.3　學科單一和閉門造車導致失敗的典型
　　10.4　群體性文化底蘊深厚
　　10.5　運用了「社會工程」
　　10.6　科學研究資源使用最佳化
　　10.7　破除學術界的潛規則
　　10.8　選擇研究主題的兩大迷思
　　10.9　科學源於求知，求知出自閒暇，閒暇始於富裕
　　10.10　美妙的科學研究園
　　10.11　探索生命本質DNA分子歷程中的必然性和偶然性

第11章　結語
　　11.1　100多年來遺傳學揭示的一些規律
　　11.2　已知活細胞內有2,000多種化學反應，但還有2/3我們尚未掌控
　　11.3　生物學研究的最終目的
　　11.4　生物學發展的啟示—學習歷史

前言

第01章　經典遺傳學家的探索
　　1.1　孟德爾和他的豌豆雜交實驗
　　1.2　摩根和他的基因學說

第02章　米歇爾的核素研究及其對化學遺傳論的思考
　　2.1　米歇爾其人其事
　　2.2　米歇爾的核素研究
　　2.3　米歇爾的失誤
　　2.4　後米歇爾時代—核酸的化學性質研究
　　2.5　米歇爾對化學遺傳論的思考

第03章　醫學微生物學和細菌轉化實驗
　　3.1　格里菲斯的事跡
　　3.2　埃弗里和他的細菌遺傳轉化實驗
　　3.3　DNA的發現和埃弗里的審慎
　　3.4　諾貝爾獎的「雙重標準」和永久性「遺憾」
　　3.5　生長...